CN115561527A - 一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***及方法，***包括源表通电老化模块、数据采集处理模块、四探针法探针台和Labview测试程序，源表通电老化模块将多路小电阻串联同时持续通电，同时给予一定的脉冲电流用于提高电阻测试的准确性，数据采集处理模块用于切换采集不同小电阻的电压数据，并进行处理和显示，从而计算获取实时电阻数据，探针台采用四探针法设计，用于定位芯片上的小尺寸测试点并且消除接触电阻。本发明可以精确测试芯片上微欧、毫欧级别的小尺寸小电阻，并且可以多路同时测试，可以实时监测通电老化过程中的电阻变化，提高了测试精度和效率，节约了人工监测时间，解决了小电阻测不准的问题。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路芯片可靠性领域，具体为一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***及方法。
背景技术
芯片现在是国家重点发展的行业，提高国产芯片的寿命和可靠性是亟待解决的问题。芯片的价格比较高，通过大量的测试去评估预测寿命需要大量的芯片和成本，因此本发明通过JESD63中的寿命预测公式
预测芯片的寿命，一个芯片中含有大量的焊点，焊点起着电连接、芯片与基板间的刚性机械连接及散热的多重作用，其寿命和可靠性关系到芯片乃至整个电路的正常运行，芯片行业长期关注的焦点就在于寻找一种能够精确预测焊点通电老化疲劳失效的方法，这种方法能够避免耗时、高成本的试验。
用大量焊点寿命替代大量芯片寿命评估，可以大大降低被测芯片的数量。芯片焊点的电阻变化能间接反应焊点的寿命和可靠性，寿命与在使用过程中长时间通电老化有关。本申请采用长时间通电加速老化芯片内部的焊点并监测其电阻值来计算其寿命。但是芯片里的焊点尺寸极小，通常是微米级别，需要发明一种电阻测试并且同时加速通电老化方法。并且，焊点尺寸小，电阻极小，通常是毫欧级甚至微欧级，测试电阻过程中的接触电阻和引线电阻通常大于焊点电阻，所以需要同时提供一种消除接触电阻和引线电阻的方法。焊点尺寸小，肉眼不可见，采用开尔文探针夹具定位与连接，与焊点的连接转化为与较大尺寸的开尔文夹具连接。为了提高测试效率和测试准确性，需要多组焊点同时测试，需要发明一种同时测试多对焊点电阻并且同时通电的***。测试过程中需要监测电阻的变化，需要用Labview程序控制数据采集器采集并输出电阻值，替代人工监测，节约人力成本，解决现有技术存在芯片寿命测试方法时间长、试样样本量大的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***及方法。可以同时测试多路极小电阻值，同时通电老化以便预测芯片寿命。
本发明通过如下技术方案实现的：
一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，包括数据采集处理模块、源表通电老化模块探针台设备以及多个被测电阻；所述数据采集处理模块设有多个通道，每个通道对应一个被测电阻并进行连接，所述源表通电老化模块将多个被测电阻串联同时持续通电，所述探针台设备设有多个探针座，每两个探针座将一个被测电阻定位连接后并与数据采集处理模块和源表通电老化模块连接。
优选的，所述被测电阻包括两个芯片上焊点以及用于连接芯片上焊点的导线，从而形成测试通电回路。
优选的，所述探针座前端设有一对探针，所述探针用于和被测电阻接触从而进行定位，两个探针座的探针分别与一个被测电阻的两个芯片上焊点连接，确保测试所有环节都是四线法以消除接触电阻和导线电阻。
优选的，所述探针座的数量与芯片上被测焊点的数量一致。
优选的，所述探针是双探针头开尔文式探针。
优选的，所述数据采集处理模块采用测试程序进行通道选择，采集不同被测电阻的电压数据。
优选的，所述源表通电老化模块为单路，其电流输出端输出不同的电流值，为被测电阻提供不同大小的电流。
优选的，每隔一段时间测电阻，比如每隔1分钟或者每隔一小时，实时定时监测电阻变化。
优选的，所述数据采集处理模块和源表通电老化模块均与电脑连接，记录测试数据。
本发明还提供了一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定源表通电老化模块的输出电流大小，打开源表通电老化模块的电流输出开关，进行电流长时间老化；
S2：启动数据采集处理模块，选择不同时间点进行电阻测试，采用脉冲电流，控制源表通电老化模块临时调大电流值；
S3：通过测试程序命令数据采集处理模块采集第一个通道的被测电阻两端的电压；
S4：将采集得到的电压值除以源表通电老化模块设定的输出电流大小，即可得到第一个通道连接的被测电阻阻值；
S5：通过测试程序命令数据采集处理模块通过内置的多路选择器进行通道切换，将测试对象切换为第二个通道的被测电阻；
S6：重复步骤S1-S5，直至测试所有被测电阻的阻值，完成一次电阻测试周期；
S7：根据设定的测试时序，通过测试程序定时启动电阻的测试流程，得到长时间电阻阻值测试数据。
优选的，所述步骤S3和S5中的测试程序为Labview程序。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的提供了一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，通过四线法结合开尔文四探针测试焊点小电阻值，消除接触电阻和引线电阻。
通过数据采集器和Labview程序控制，采用两台常规设备（数据采集器、单路源表）即可同时对多路通电，监测每一路的电阻变化，提高测试效率和准确性，缩短测试周期，节约测试人力成本。
由于芯片焊点小，难以直接对点位测试，本发明通过采用开尔文探针引出，将采集设备与焊点的连接转化采集设备与较大的开尔文探针夹具连接，增加测试的便利性，提高测试准确度；解决了现有试验方法实验时间长、样本量大的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性示例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明整体测试原理图；
图2是探针台定位焊点图；
图3是芯片中局部焊点排布图；
图4是芯片中一对焊点连接示意图；
图5是开尔文双探针夹具；
图6是开尔文双探针夹具定位芯片焊点示意图；
图7是芯片中另一种焊点的示意图；
图中，1、数据采集处理模块；2、源表通电老化模块；3、被测电阻； 31、第一焊点；32、第二焊点；33、导线；4、探针；41、第一探针头；42、第二探针头；43、第一夹具；44、第二夹具；33、第三焊点；34；第四焊点。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
如图1-图7所示，本发明的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，包括数据采集处理模块1、源表通电老化模块2、探针台设备以及多个被测电阻；所述数据采集处理模块1设有多个通道，每个通道对应一个被测电阻并进行连接，所述源表通电老化模块2将多个被测电阻串联同时持续通电，所述探针台设备设有多个探针座，每两个探针座将一个被测电阻定位连接后并与数据采集处理模块和源表通电老化模块连接；所述被测电阻包括两个芯片上焊点以及用于连接芯片上焊点的导线，从而形成测试通电回路。所述探针座前端设有一对开尔文式探针，所述探针用于和被测电阻接触从而进行定位，两个探针座的探针分别与一个被测电阻的两个焊点连接，确保测试所有环节都是四线法以消除接触电阻和导线电阻。所述探针座的数量与芯片上焊点的数量一致。所述数据采集处理模块采用测试程序进行通道选择，采集不同被测电阻的电压数据。所述源表通电老化模块为单路，其电流输出端输出不同的电流值，为被测电阻提供不同大小的电流。所述数据采集处理模块和源表通电老化模块均与电脑连接，记录测试数据。
本发明具体实施流程如下：
S1：设定源表通电老化模块的输出电流大小，打开源表通电老化模块的电流输出开关，进行电流长时间老化；
S2：启动数据采集处理模块，选择不同时间点进行电阻测试，采用脉冲电流，控制源表通电老化模块临时调大电流值；
S3：通过Labview程序命令数据采集处理模块采集第一个通道的被测电阻两端的电压；
S4：将采集得到的电压值除以源表通电老化模块设定的输出电流大小，即可得到第一个通道连接的被测电阻阻值；
S5：通过Labview程序命令数据采集处理模块通过内置的多路选择器进行通道切换，将测试对象切换为第二个通道的被测电阻；
S6：重复步骤S1-S5，直至测试所有被测电阻的阻值，完成一次电阻测试周期；
S7：根据设定的测试时序，通过测试程序定时启动电阻的测试流程，得到长时间电阻阻值测试数据。
Labview：一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境。
实施例1：
一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，***包括源表通电老化模块2、数据采集处理模块1、四探针法探针4和Labview测试程序，整体结构如图1所示，芯片上含有多对被测电阻3，通过四探针法探针4将多对被测电阻3连接。源表通电老化模块将多路小电阻串联同时持续通电，数据采集处理模块用于切换采集不同小电阻的电压数据，探针4包含双探针头，分别为第一探针头41、第二探针头42用于实时监测测试芯片上多路小电阻通电老化过程中被测电阻3的变化。探针台整体结构如图2所示，含有多对双探针夹具。
芯片上具有两个小尺寸的焊点，第一焊点31、第二焊点32，如图4所示，焊点尺寸为30微米，焊点尺寸间距小，间距为80微米，电阻值也小，毫欧级甚至微欧级，即被测电阻小于引线电阻和接触电阻，芯片上的两个焊点第一焊点31、第二焊点32通过导线33连接，从而形成测试通电回路。
探针4包含第一探针头41、第二探针头42，第一探针头41与探针座中的第一夹具43连接线缆，第二探针头42与探针座中的第二夹具44连接线缆。
探针台设备中含有多个探针座4，数量与测试的焊点数一致。每一对焊点采用两个探针座定位连接后与数据采集器1和源表通电老化模块2连接，每两个探针头与一个焊点对应连接连接，如图6所示，这样连接可以确保测试所有环节都是四线法以消除接触电阻和导线电阻。开尔文探针夹具详细结构详见图5所示，针尖半径小，1.5微米。
被测芯片上含有多对被测电阻3，如图3所示，多对焊点在芯片内部，通过切、磨、抛进行金相制样，从而使焊点裸露在表面。可以同时串联通电老化，通过数据采集器切换监测各对电阻变化，提高测试效率。通过电阻的变化预测焊点的寿命。
数据采集器1含有多通道，可以同时切换测试多个电阻，源表通电老化模块2为单路，多对电阻串联在一起连接到源表通电老化模块2的电流输出端，可以输出不同的电流值。数据采集器和源表与电脑连接记录测试数据。
测试过程中切换过程采用Labview程序控制，可以自由控制测试频次，输出测试的电阻值，从而获取焊点寿命。
电阻的变化跟焊点寿命关联，多对同时测试可以取电阻变化的平均值，提高测试精度。
接线过程如下：将多对被测电阻的探针头串联，然后将首尾两端接到源表的电流输入及输出端；将数据采集器的测试结构逐个连接到每个待测电阻的探针头首位端，每个采样通道对应一个待测电阻；源表和数据采集器均与测试电脑相连。
测试过程如下：
（1）设定源表的输出电流大小100mA，打开源表的电流输出开关，进行电流长时间老化；
（2）启动数据采集器，在特点时间点进行电阻测试，为了提高测试精度，采用脉冲电流1A 脉冲时间1ms，命令源表临时调大电流值；
（3）通过测试程序命令数据采集器采集第一通道的电阻两端的电压；
（4）将采集得到的电压值除以源表设定的输出电流大小，即可得到第一通道连接的电阻值3.4毫欧；
（5）通过测试程序命令数据采集器进行内置的多路选择器的通道切换，将测试对象切换为第二通道的电阻阻值3.5毫欧；
（6）重复上述过程，直至测试所有待测电阻的阻值，完成一次电阻测试周期；被测电阻数量优选为奇数个，便于获取电阻寿命的中位数值。
（7）根据设定的测试时序，通过测试程序定时启动电阻的测试流程，得到长时间电阻阻值测试数据。
（8）选取电阻变化20%时作为电阻失效时间，进而代入
公式计算焊点寿命。
实施例2：
一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，***包括源表通电老化模块2、数据采集处理模块1、四探针法探针4和Labview测试程序，整体结构如图1所示，芯片上含有多对被测电阻3，通过四探针法探针4将多对被测电阻7连接。源表通电老化模块将多路小电阻串联同时持续通电，数据采集处理模块用于切换采集不同小电阻的电压数据，探针4包含双探针头，分别为第一探针头41、第二探针头42用于实时监测测试芯片上多路小电阻通电老化过程中被测电阻7的变化。探针台整体结构如图2所示，含有多对双探针夹具。
芯片上具有两个小尺寸的焊点，第三焊点33、第四焊点34，如图7所示，焊点尺寸为100微米，焊点尺寸间距小，间距为400微米，电阻值也小，毫欧级，即被测电阻小于引线电阻和接触电阻，芯片上的两个焊点第三焊点33、第四焊点33通过多个更小焊点形成菊花链连接，从而形成测试通电回路。
探针4包含第一探针头41、第二探针头42，第一探针头41与探针座中的第一夹具43连接线缆，第二探针头42与探针座中的第二夹具44连接线缆。
探针台设备中含有多个探针座4，数量与测试的焊点数一致。每一对焊点采用两个探针座定位连接后与数据采集器1和源表通电老化模块2连接，每两个探针头与一个焊点对应连接连接，如图6所示，这样连接可以确保测试所有环节都是四线法以消除接触电阻和导线电阻。开尔文探针夹具详细结构详见图5所示，针尖半径小，1.5微米。
被测芯片上含有多对被测电阻7，多对焊点在芯片内部，通过切磨抛进行金相制样，从而使焊点裸露在表面。也可以将芯片样品切割成多个，采用多个样品进行分别串联通电。可以同时串联通电老化，通过数据采集器切换监测各对电阻变化，提高测试效率。通过电阻的变化间接反应焊点的寿命。
数据采集器1含有多通道，可以同时切换测试多个电阻，源表通电老化模块2为单路，多对电阻串联在一起连接到源表通电老化模块2的电流输出端，可以输出不同的电流值。数据采集器和源表与电脑连接记录测试数据。
测试过程中切换过程采用Labview程序控制，可以自由控制测试频次，输出测试的电阻值，从而获取焊点寿命。
电阻的变化跟焊点寿命关联，多对同时测试可以取电阻变化的平均值，提高测试精度。
接线过程如下：将多对被测电阻的探针头串联，然后将首尾两端接到源表的电流输入及输出端；将数据采集器的测试结构逐个连接到每个待测电阻的探针头首位端，每个采样通道对应一个待测电阻；源表和数据采集器均与测试电脑相连。
测试过程如下：
（1）设定源表的输出电流大小200mA，打开源表的电流输出开关，进行电流长时间老化；
（2）启动数据采集器，在特点时间点进行电阻测试；
（3）通过测试程序命令数据采集器采集第一通道的电阻两端的电压；
（4）将采集得到的电压值除以源表设定的输出电流大小，即可得到第一通道连接的电阻值450毫欧；
（5）通过测试程序命令数据采集器进行内置的多路选择器的通道切换，将测试对象切换为第二通道的电阻阻值465毫欧；
（6）重复上述过程，直至测试所有待测电阻的阻值，完成一次电阻测试周期；被测电阻数量优选为奇数个，便于获取电阻寿命的中位数值；
（7）根据设定的测试时序，通过测试程序定时启动电阻的测试流程，得到长时间电阻阻值测试数据。
（8）选取电阻变化50%时作为电阻失效时间，进而代入
公式计算焊点寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的***领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，其特征在于，包括数据采集处理模块（1）、源表通电老化模块（2）、探针台设备以及多个被测电阻；所述数据采集处理模块（1）设有多个通道，每个通道对应一个被测电阻并进行连接，所述源表通电老化模块（2）将多个被测电阻串联同时持续通电，所述探针台设备设有多个探针座，每两个探针座将一个被测电阻定位连接后并与数据采集处理模块（1）和源表通电老化模块（2）连接。
2.根据权利要求1所述的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，其特征在于，所述被测电阻包括两个芯片上焊点以及用于连接芯片上焊点的导线。
3.根据权利要求2所述的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，其特征在于，所述探针座前端设有一对探针，所述探针用于和被测电阻接触从而进行定位，两个探针座的探针分别与一个被测电阻的两个芯片上焊点连接。
4.根据权利要求3所述的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，其特征在于，所述探针座的数量与芯片上被测焊点的数量一致。
5.根据权利要求3所述的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，其特征在于，所述探针是双探针头开尔文式探针。
6.根据权利要求1所述的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，其特征在于，所述数据采集处理模块（1）采用测试程序进行通道选择，采集不同被测电阻的电压数据。
7.根据权利要求1所述的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，其特征在于，所述源表通电老化模块（2）为单路，其电流输出端输出不同的电流值，为被测电阻提供不同大小的电流。
8.根据权利要求1所述的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，其特征在于，所述数据采集处理模块（1）和源表通电老化模块（2）均与电脑连接。
9.一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测方法，其特征在于，用于权利要求1-8任一项所述的多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测***，，包括以下步骤：
S1：设定源表通电老化模块（2）的输出电流大小，打开源表通电老化模块（2）的电流输出开关，进行电流长时间老化；
S2：启动数据采集处理模块（1），选择不同时间点进行电阻测试，采用脉冲电流，控制源表通电老化模块（2）临时调大电流值；
S3：通过测试程序命令数据采集处理模块（1）采集第一个通道的被测电阻两端的电压；
S4：将采集得到的电压值除以源表通电老化模块（2）设定的输出电流大小，即可得到第一个通道连接的被测电阻阻值；
S5：通过测试程序命令数据采集处理模块（1）通过内置的多路选择器进行通道切换，将测试对象切换为第二个通道的被测电阻；
S6：重复步骤S1-S5，直至测试所有被测电阻的阻值，完成一次电阻测试周期；
S7：根据设定的测试时序，通过测试程序定时启动电阻的测试流程，得到长时间电阻阻值测试数据。
10.根据权利要求9所述的一种多路小尺寸小电阻通电老化与电阻监测方法，其特征在于，所述步骤S3和S5中的测试程序为Labview程序。
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